JP2005043698A

JP2005043698A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005043698A
Application number: JP2003278152A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamada; 義孝山田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】十分な輝度の確保と消費電力の低減を図る。
【解決手段】第１の液晶セル１とバックライト装置３の間に、光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子２を配置する。液晶セル１は偏光板１９を備え、光学素子２は、電圧無印加状態において、入射した直線偏光に対して偏光方向を９０°旋光させる第２の液晶セル２０と、反射光と透過光とで偏光特性を分離する機能を有するハーフミラー２６とを備える。液晶セル２０を電圧無印加状態にすると偏光板１９の透過軸とハーフミラー２６の透過軸は光学的に直交になり、バックライト装置３を消灯して反射表示とする。一方、液晶セル２０を電圧印加状態とすると偏光板１９の透過軸とハーフミラー２６の透過軸は光学的に平行になり、バックライト装置３を点灯して透過表示とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末等に用いられる液晶表示装置に関し、特に輝度の確保と低消費電力を図るための技術に関する。

携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）といった携帯端末用の液晶表示装置は、屋内外や照明といった環境条件に依存しないより高い視認性が求められている。高い視認性を実現するためには、表示画像が明るいことが必要不可欠である。

特に、近年はカラー表示が普及しつつあるが、このカラー表示に必要なカラーフィルタは透過率を低下させてしまうため、表示画像が暗くなってしまう。このため、日中の屋外などでも十分な視認性を得るためには、バックライトの輝度を明るくする必要があり、結果として消費電力が増大してしまい、携帯端末に必要な低消費電力と明るさを両立できないという問題がある。

また、外光を反射することにより屋外での視認性を確保する反射型や、半透過型の液晶表示装置も実用化されている。反射型、半透過型は液晶セル内部の画素電極に反射機能を持たせた内面反射方式と、液晶セルの外部に反射板または透過板を配置した外部反射方式に大別される。また、表示画面を、外光を反射する反射状態に切り替え可能な表示装置についても知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３１８３７４号公報

前述した内面反射方式は、表示性能の点では優れているものの、画素電極に反射機能を持たせるために必要な製造プロセスが複雑になるため、製造コストが増大するという問題がある。

また、外部反射方式は、製造コストの点では有利であるが、反射面が画素電極とは別に配置されるため、２重像による視差が生じるという問題がある。さらに半透過型の場合には、バックライト光の利用効率が低くなり、低消費電力化という点からも不利である。

また、液晶セル自体には反射機能を持たせず、バックライト装置の方に部分的に光反射機能を持たせて外光により表示を行う微分反射方式も実現されている。しかし、実際には外光による反射光の明るさという点では不十分なものであった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、輝度の確保と消費電力の低減を両立し得る液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、第１の液晶セルと、バックライト装置と、前記第１の液晶セルと前記バックライト装置の間に配置され、光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、液晶セルとバックライト装置の間に光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子を配置したことで、光反射においてはバックライト装置を消灯した状態で液晶セルから入射した光を光学素子により反射して十分な明るさが得られるようにし、また光透過においてはバックライト装置からの光を光学素子で透過して十分な明るさが得られるようにしている。

本発明に係る液晶表示装置によれば、十分な輝度の確保と消費電力の低減を図ることができる。

以下、本発明を適用した液晶表示装置の実施の形態について図面を用いて説明する。

本実施例の液晶表示装置は、一例としてＴＦＴ（Thin Film Transistor）を用いたアクティブマトリクス型とする。

図１の断面図に示すように、本液晶表示装置は、第１の液晶セル１と、光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子２と、バックライト装置３を備える。光学素子２は、電圧無印加状態において入射した直線偏光に対して偏光方向を９０°旋光させる第２の液晶セル２０と、反射光と透過光とで偏光特性を分離する機能を有するハーフミラー２６を備え、液晶セル１とバックライト装置３の間に配置される。

液晶セル１は、偏光板１１、ガラス基板１２、カラーフィルタ１３、対向電極１４、液晶層１５、画素電極１６、ＴＦＴ１７、ガラス基板１８、偏光板１９が積層された構成である。画素電極１６には、透明導電膜（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）からなる透明電極を用いており、液晶セル１は、この透明電極を透過する光量を制御する機能を有している。

液晶セル２０は、プラスチック基板２１、駆動電極２２、液晶層２３、駆動電極２４、プラスチック基板２５が積層された構成である。このように、液晶セル２０は、対向配置された一対の駆動電極２２，２４の間に液晶層２３が充填されており、液晶配向は、配向処理によってツイステッドネマティック型となっている。液晶層のリタデーション値は４７０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲とした。このように設定した理由は、グッチ・テリーの式で示されるように、液晶層のリタデーション値が４７０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で光透過率が最大となるからである。

液晶セル２０の液晶分子には、屈折率異方性が約０．１、誘電率異方性が約５程度の材料を用い、液晶層２３の厚さ（セルギャップ）は４．７μｍ〜４．９μｍの範囲とした。もちろん、液晶分子の屈折率異方性およびセルギャップの値によって本発明の範囲が限定されるものではない。

このような構成の液晶セル２０について光スイッチングに必要な駆動電圧は約５Ｖであり、そのときのコントラスト比は約１００であった。また、同図の液晶表示装置では、薄型化、軽量化を図るために液晶セル２０の基板材料としてプラスチック基板を用いたがガラス基板を用いてもよく、基板材料によって本発明の範囲が限定されるものではない。

ハーフミラー２６は、反射光と透過光とで偏光特性を分離する機能を備えたものであり、例えば住友スリーエム社製の商品名Ｄ−ＢＥＦ板を用いる。本液晶表示装置では、ハーフミラー２６の透過軸と偏光板１９の透過軸とは物理的に平行位に配置した。

液晶セル１と光学素子２は、透明粘着剤による透明接合層４で接合される。これは、空気層による多重反射によりコントラストが低下したり透過率が低下することを防止するためである。

図２の光学概念図に示すように、液晶セル２０が電圧無印加状態のときは、液晶セル２０は、入射した直線偏光に対して偏光方向を９０°旋光させるので、偏光板１９の透過軸とハーフミラー２６の透過軸は光学的に直交となる。これにより、偏光板１９を透過した外光に対するハーフミラー２６による反射率は極大となる。つまり、外光はハーフミラー２６により反射されて液晶セル１へ向かうこととなり、いわゆる反射表示が実現される。液晶セル２０を電圧無印加状態にするときには、バックライト装置は消灯状態にする。

また、図３の光学概念図に示すように、液晶セル２０が電圧印加状態のときは、９０°の旋光性は消失するので、偏光板１９の透過軸とハーフミラー２６の透過軸は光学的に平行となる。これにより、透過率が極大で反射率が極小の状態となる。液晶セル２０を電圧印加状態とするときにはバックライト装置３を点灯状態にする。これによって、バックライト装置３からの光が光学素子２で透過することとなり、いわゆる透過表示が実現される。

次に、本実施例の液晶表示装置の効果を確認するために、その光学特性を比較例のものと比較する。比較例は、図４の断面図に示すように、図１の液晶表示装置に対して光学素子２がない構成である。その他、図１と同一物には同一の符号を付すものとし、ここでは重複した説明は省略する。

図５の表に示すように、実施例は比較例に対して表示像の反射率、輝度の双方ともに改善されていることが確認された。なお、実施例と比較例は、液晶セル１のコントラスト特性およびカラーフィルタ１３の色純度については同じ特性のものを用いているため、透過コントラスト、反射コントラスト等については同じ光学特性が得られている。

したがって、本実施の形態によれば、液晶セル１とバックライト装置３の間に光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子２を配置したことで、光反射においてはバックライト装置を消灯した状態で液晶セル１から入射した光を光学素子により反射して十分な明るさを得ることができ、また光透過においてはバックライト装置３からの光を光学素子で透過して十分な明るさを得ることができるので、十分な輝度を確保できるとともに、光反射ではバックライトを消灯可能なので消費電力の低減を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、液晶セル２０について、配向構造が９０°旋光のツイステッドネマティック型としたが、本発明はツイスト角や配向構造に限定されるものではなく、９０°の旋光特性を有するものであれば、例えば垂直配向、ホモジニアス配向、これらのハイブリッド方式等を用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、偏光板１９の透過軸とハーフミラー２６の透過軸を物理的に平行に配置したが、光学的な位置関係が本実施の形態で説明したような関係になっていれば、物理的には直交やその他の角度配置となっていてもよく、両者の物理的な配置関係によって本発明の範囲が限定されるものではない。

また、本実施の形態においては、液晶セル１の画素電極１６として透明電極を用いることとしたが、反射電極と透明電極とが複合的に配置されたものや、ハーフミラー２６と同様の特性を有する半透過型の電極を用いるようにしてもよい。これらの場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、ハーフミラー２６は、反射光と透過光とで偏光を分離する機能を備えていればよく、例えば、コレステリック選択反射板と１／４波長板を組み合わせた構造のものを用いても同様の効果を得ることができる。

図６の断面図に示すように、本実施例の液晶表示装置は、液晶セル１と光学素子２とが、透過光に対して前方拡散させる機能を有する光拡散層５を介して接合された構成である。その他、図１と同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは重複した説明は省略する。

光拡散層５は、内部に媒体と屈折率が異なる透明フィラーを分散させている。拡散度合いを示すヘイズ値は、この透明フィラーの濃度に略比例する。本実施の形態では、ヘイズ値は約４０に設定した。

このように、本実施の形態では、光拡散層５を設けることにより、反射光による反射表示の際に、２重像の発生による表示ボケを防止することができる。

なお、本実施の形態においては、光拡散層５を液晶セル１と光学素子２の間に配置することとしたが、これに限られるものではない。例えば、光学素子２とバックライト装置３の間に配置することもでき、その他の場所に配置することもできる。光拡散層５の配置位置によって本発明の範囲が限定されるものではない。

本実施例の液晶表示装置は、外光照度の大きさによって反射表示と透過表示を自動的に切り替え可能にしたものであり、上記各実施例の液晶表示装置の構成に加えて、外光照度を検出するセンサと、外光照度が一定値を超えた場合に第２の液晶セル２０を電圧無印加状態とするとともに、バックライト装置３を消灯状態にする制御部を備えた構成である。

すなわち、本液晶表示装置は、通常の状態においては透過表示を行うものとし、液晶セル２０は電圧印加状態にするとともに、バックライト装置３も点灯状態とする。

そして、日中の屋外など太陽光によって表示画面が見にくくなるような場合には、外光照度が一定値を超えたところで液晶セル２０を電圧無印加状態にするとともに、バックライト装置３を消灯状態にすることで、反射表示に切り替える。

このように、本実施の形態では、外光照度に応じて透過表示と反射表示の切り替えを可能にしたことで、バックライト装置のオンオフ制御を効率的に行うことができ、更に消費電力の低減を図ることができる。

実施例１の液晶表示装置の構成を示す断面図である。光学素子の液晶セルが電圧無印加状態のときの光学特性を説明するための光学概念図である。光学素子の液晶セルが電圧印加状態のときの光学特性を説明するための光学概念図である。比較例の液晶表示装置の構成を示す断面図である。実施例と比較例について光学特性を比較した結果を示す表である。実施例２の液晶表示装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…第１の液晶セル
２…光学素子
３…バックライト装置
４…透明接合層
５…光拡散層
１３…カラーフィルタ
１４…対向電極
１５…液晶層
１６…画素電極
２０…第２の液晶セル
２３…液晶層
２６…ハーフミラー

Claims

第１の液晶セルと、バックライト装置と、前記第１の液晶セルと前記バックライト装置の間に配置され、光反射状態と光透過状態を切り替え可能な光学素子と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
前記光学素子は、前記バックライト装置が点灯状態のときに光透過状態となり、前記バックライト装置が消灯状態のときに光反射状態となることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶セルは偏光板を有し、
前記光学素子は、電圧無印加状態において、入射した直線偏光に対して偏光方向を９０°旋光させる第２の液晶セルと、
反射光と透過光とで偏光特性を分離する機能を備えたハーフミラーと、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
前記偏光板の透過軸と前記ハーフミラーの透過軸は、前記第２の液晶セルが電圧印加状態のときに光学的に平行になり、前記第２の液晶セルが電圧無印加状態のときに光学的に直交になることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記バックライト装置は、前記第２の液晶セルが電圧印加状態のときに点灯し、前記第２の液晶セルが電圧無印加状態のときに消灯することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記第１の液晶セルと前記光学素子とは透明接合層を介して接合されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第２の液晶セルは、液晶配向がツイステッドネマティック型であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第２の液晶セルは、液晶層のリタデーション値が４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶表示装置。
透過光を拡散させる光拡散層を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶表示装置。
外光照度が一定値を超えた場合に、前記第２の液晶セルを電圧無印加状態にするとともに、前記バックライト装置を消灯状態にすることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置。